5月23日,CIBF2018 第十三届中国国际电池技术交流会展览会在深圳会展中心开幕。德国贺利氏电池技术有限公司Dominik Samuelis在技术交流会上发表主题演讲。以下是演讲正文:
我叫Dominik Samuelis,我是在德国的贺利氏电池企业工作,我们在全球一百多个国家都有布局,我们是家族企业,有160年的历史,我们有1.23万名雇员。在演讲当中我将聚焦在碳功能的添加剂。
大家可以优化,我们可以提高能量密度,同时还可以增加电解质的负载,我们还有像分散的限制等等方面的问题,我们可以提高电池的电压,现在这个问题是4.5V或者以上,它总是让我们经常来考虑这样的问题,这方面是比较的具有挑战性,因为这里涉及到电解液的稳定性问题以及碳添加剂的稳定性问题,要做这个东西不是特别容易的事情。我们要选择很好的材料,这两天我们听到了很多的样品,大家提到了NMC622还有611,他们有循环寿命的问题,这是富镍材料的正极材料,还有硅负极材料,现在还要控制它的扩散情况,这样的话能够使它的硅负极材料变得循环寿命更加好,现在有两方面我们做得不是特别好,现在还有811,很多人还是在用硅,除了提高能量密度还有很多要做的东西。提高电解质的负载,还有能量密度,也许这种技术对你来说大家没有太多听过。我们要考虑到能量的密度,从扩散的角度来说,也许它的应用情况并不是特别好。
Porocarb像孔隙的碳功能的添加剂,从这个名字可以猜到大概是什么意思。是非凝聚颗粒的材料,它在制备工艺当中有很多优异,可以降低溶剂的量15%,同时在正负极添加,有很多性能的优越性,我们可以提高离子的运导,也可以提高电子的性能,还可以在低温的效能也可以提高,同时我们在涂浆部分,各个方面的性能可以做得更好,包括干燥方面都可以做得很好。有更好的电解质吸收,还有活性材料的使用进一步提高。
行业要匹配不同的颗粒,我们的配方有正极材料是有90%的活性材料,NMC111的密度情况是3.0或者3.2,然后上升情况下,孔隙是少于20%,那么你就真的进入离子运导的缺陷当中,我们看一下3.5的情况,我们有着非常好的性能,如果我们从3.0到3.5变化的过程当中,可以看到孔隙降低到13%,这样会有扩散的限制。这是正极的3.5,这方面可以提高它的容量密度。用我们的产品Porocarb可以提高容量密度。
首先介绍一下Porocarb,在电极当中的孔隙情况,还有滤泵和深色泵的情况,我们可以替代3%重量的碳黑,用Porocarb来进行替代。我们有44%Porocarb的孔隙情况,我可以说这个质量非常好,孔隙的渗透情况也很好,没有扩散的限制性,同时又着快速的浸润情况。上次提到碳纳米管,也提到碳黑,我们看一下碳黑100-300纳米,我们的单粒是1-10微米,然后Porocarb的孔隙是100-300纳米,大家可以看到,对于碳黑的离子有过于扩散或者是扩散不够的情况,可能会有凝结的情况,或者是有纠缠的情况,所以这里在碳黑的制备工艺中有很多的问题和挑战。这就是我们碳黑的制备。
这是非常窄的孔隙,这是它的典型结构,这是在电极的幅度,大概是100-300纳米。1-10微米的单粒,我们Porocarb的气孔是100-300纳米,它对于这个界面进行开放。如果我们把电解质放进去,我们刚才说1-10微米的情况,如果这个离子在电解质中小于1纳米,我们就可以看到它的扩散情况以及离子的通道可能是非常快,可以迅速的渗透到碳黑当中,我们可以看到碳黑很快就释放到100-300纳米,这样运转的频道就是打开,因此,我们可以找到一个非常好的离子的运转,我可以说这就是它的导电性能是非常好。因此,碳黑和碳黑的CNT是可以作为电解质疏运的介质,这种横街面的表现,如果看到离子疏运过程中,表现也是很好的。同时可以在整体电解质过程中也会有很好的表现。
如果放大,我们可以看它孔隙的情况,我们大概是200-300,主要就是孔隙的情况,它总体的孔隙体积是0.82平方厘米每克,如果看到孔隙之间的网络,它在这个离子当中的表现,你可以看到它无论是在表面还是在整体过程当中,都是非常紧密的联系在一起的。这些离子的孔隙的情况,我们可以看到他们这种联系率是99.8%,同时我们如果看到它的这种孔隙,如果没有连接的情况只是小于0.2%,我就可以说它的这种技术应用是非常好的结论。
我之前也说过,我们要去控制整个离子的体积是非常重要的,我给大家解释一下为什么它非常具有重要性。首先我们可以制造孔隙的尺寸,你需要首先看到Porocarb的尺寸可以是根据电极内渗透和填充密度进行提高,而你看这些PPT上的情况,它可以去到10微米,它的颗子大小可以从10微米一直到1微米,正是由于这是最优化的粒子数量,这可以很好的附着在活性物质当中。这是Porocarb右边的图,你可以看到Porocarb有一些空间,但并不像大家所想象的这方面。如果你可以去把这个粒子的大小进行对比的话,你就可以得到一个理想的状态,这种状态就是Porocarb的孔隙率是非常棒的。
我们确实有Porocarb的材料,这是非常典型的材料。比方说10-12微米这样的比较合适适合你生产的选择。哪些我们的选择可以买这些粉末,这些干粉是无团聚的干粉,可以很容易和你的电池进行结合。另外,如果你用其他的方面,它可以减轻潜在的黏合剂迁移,同时还提供一些浆料的解决方案。所以我们可以把空隙去预先填充起来。最近还有碳纳米管的材料产品,扩散性其实是比较好,这个电池表现性能是非常好的。同时,这个CNT的选择可以给到较高的固体含量,而且可以结合长程的电导率和功能孔隙率。明天李教授也有这方面的介绍,留给大家一个悬念,明天可以继续听我们这方面的研究结果。
我们如何分析这个Porocarb的浆料呢?首先是PVDF会有些剪切混合,在它的顶部会有Porocarb,Porocarb是比较大的,能够让空隙达到要求的程度,我们一般都是有1%的Porocarb、3%的碳黑,大家可以看到,这里大概就是这个成分,再放入活性材料,最后就是把Porocarb进行剪切混合。现在我们需要让大家注意的是,Porocarb的过程和完全碳黑的构成是非常相似的,唯一的不同是这个固体含量,那就是Porocarb的固体含量可以是提高3%,同时你所用的固体也会比较少。如果你有Porocarb使用的话,可以整体提高电池的固态含量,其中还没有团聚粒子。这是我们的能量和功率,它的整体的正极负载是204克每平方米,它的涂布是3.4克每立方厘米。我们根据就可以看到有3%的Porocarb,它的表现性能会更好。另外它的倍率也会非常好,倍率的提高是20%,如果看另外一个方面,也有20%能量的增长和20%功率的增长。我们在2.8这样的数值进行检测是比较高的。如果你用Porocarb,电池表现会更好,比加碳黑表现更好,会有20%的能量提升或者20%的功率提升。
这是我们的产品介绍(PPT),我们所有的产品系列,有403,是我非常推荐的产品,它大概是10-12微米,如果想要其他的选择,可以给大家选择。比方说看一下410产品,它的电子导电性和比容量都非常高。我们有很多的产品供大家进行选择。我想和大家说的是用Porocarb这样的产品,不仅仅是可以去增强整个电池的表现,同时还会为客户带来更多的益处,能够有更高的性价比。
如果大家想更多了解我们的产品,请在结束之后和我进行沟通或者来到我们的展位,我们在展位等待大家的光临。谢谢大家!
主持人:非常感谢。大家有没有什么问题想要进行交流?
提问:我有两个问题,孔隙,一个是有机械方面的力量,它会不会摧毁孔隙呢?
Dominik Samuelis:我觉得Porocarb在整体过程中还是非常稳定的,即使是这个密度很高,也不会产生你所担心的问题。在整个的过程当中,你在最后一步才加入Porocarb的混合,如果你用20或者是30分钟,可能会和一些活性物质有些混合,但是如果用这种高密度的,这种孔隙还是张开的,是非常好的状态,也是我们非常理想的状态。
(根据速记整理,未经嘉宾审阅)
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